Nonlinear Two-Track Model of a Semitrailer with Experimental Validation of Lateral and Vertical Tire Forces

TL;DR

Dieses Werk adressiert die schwierige Aufgabe der fahrdynamischen Charakterisierung eines semitrailermodells, dessen Dynamik durch variable Beladung stark variiert. Es entwickelt ein nichtlineares Zwei-Spur-Modell, das Lateral- und Wankdynamik des Sattelaufliegers erfasst und eine Zustands- sowie Parameterschätzung mittels Beobachtern oder Filtern ermöglicht; die unbekannten Parameter werden offline mit einer Particle-Swarm-Optimierung identifiziert und durch eine anschließende lokale Optimierung verfeinert. Die experimentelle Validierung basiert auf Messungen der lateral- und vertikalen Reifenkräfte sowie der Gier- und Wankraten an einem praxisnahen Messfahrzeug, wodurch gezeigt wird, dass das Modell Reifenkräfte und dynamische Größen mit akzeptabler Genauigkeit abbildet. Die Ergebnisse liefern eine solide Grundlage für die Entwicklung von Zustands- und Parameterabschätzungsverfahren im Kontext automatisierter Nutzfahrzeuge und weisen auf mögliche Verbesserungen durch detailliertere Feder-Dämpfer-Kopplungen hin.

Abstract

As part of the automation of commercial vehicles, the number of assistance systems in this field is continuously increasing. The semitrailer plays an important role for the vehicles driving dynamics due to its highly varying loads and the large proportion to the total mass of the truck-semitrailer, especially when it is fully loaded. To create a basis for further development of assistance systems for the semitrailer, this paper presents a two-track model which includes the lateral and roll dynamics of the semitrailer. This enables the future development of observer and filter-based estimation of vehicle states and parameters, which are impossible or very difficult to measure. For offline identification of the unknown model parameters, a Particle-Swarm-Optimization (PSO) algorithm will be used. The validation of the model is based on measurements from a test vehicle. The focus is on the lateral and vertical tire forces of the semitrailer, which are measured at the test vehicle using strain gauges.

Figures (7)

• Figure 1: Freikörperbild der Zugmaschine und des Sattelaufliegers in der $x\text{-}y$-Ebene.
• Figure 2: Freikörperbild in der $y\text{-}z$-Ebene zur Veranschaulichung der Wankdynamik.
• Figure 3: Im Versuch verwendete Zugmaschine-Sattelauflieger-Kombination.
• Figure 4: Gierrate von Zugmaschine und Sattelauflieger.
• Figure 5: Wankwinkelgeschwindigkeit des Sattelaufliegers.